CN106568524B - 一种车外温度采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度采集领域，尤其涉及一种动车组用车外温度采集系统，包括车下温度传感器感温箱和车上温度控制接口箱，车下温度传感器感温箱包括热敏电阻传感器、内弯板、外弯板、防护罩、接线端子排和盖板；车上温度控制接口箱包括箱体、CPU板和温度变送板。本发明结构简单坚固，密封性优良，使用寿命长，拆装方便；有故障显示和自检的功能，温度分辨率高，能够准确显示和传输车外的环境温度。

Description

一种车外温度采集系统

技术领域

本发明涉及温度采集领域，尤其涉及一种动车组用车外温度采集系统。

背景技术

我国高速铁路动车组从2006年发展至今，通过技术引进、联合设计、消化吸收和再创新工作，已经取得了重大成就。当动车组在正常运行时，旅客在车厢里查看车外实时的环境温度，有利于旅客了解动车组所到当地的气候环境状况。

为了不影响动车组整体的美观，其温度传感器通常安装在车底，温度采集处理和信号传输在车上，但是动车时速比较快，车下有时会掀起飞沙走石，加之有时会遇上暴雨冰雪天气或者是酸碱盐雾气候，车下工作环境恶劣，国内市场生产的温度传感器不能满足动车组车底的恶劣环境，国外的车下温度传感器裸露在车下，不带防护罩，容易损坏，使用寿命短；同时车上电磁干扰信号多，车上与车下之间信号传输距离长，信号弱；另外，现有产品还存在温度显示线性度差、信号传输误码率高等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单坚固、能准确显示温度的动车车外温度采集系统。

实现本发明目的的技术方案是：一种车外温度采集系统，包括车下温度传感器感温箱和车上温度控制接口箱，车下温度传感器感温箱包括热敏电阻传感器、内弯板、外弯板、防护罩、接线端子排和盖板，内弯板通过外弯板安装在防护罩的后侧，热敏电阻传感器设置于内弯板的内部，热敏电阻传感器安装在防护罩的背面，接线端子排安装在防护罩的内部，盖板密封安装在防护罩的前侧；车上温度控制接口箱包括箱体、CPU板和温度变送板，CPU板和温度变送板连接，CPU板和温度变送板均安装在箱体的内部。

作为本发明的优化方案，热敏电阻传感器通过固定夹安装在防护罩的背面。

作为本发明的优化方案，防护罩的背面设置有孔，热敏电阻传感器的信号线穿过孔连接在接线端子排上。

作为本发明的优化方案，接线端子排和盖板之间设置有密封垫板，盖板上设置有安装孔，螺栓依次穿过密封圈和盖板的安装孔将盖板密封安装在防护罩的前侧。

作为本发明的优化方案，车上温度控制接口箱还包括输入滤波器、电源开关、输入保险、显示板和自检按钮，供电电源与电源开关连接，电源开关与输入滤波器连接，输入滤波器与输入保险连接，输入保险与CPU板连接，CPU板与用于显示温度和故障的显示板连接，热敏电阻传感器的常闭触点与CPU板连接。

作为本发明的优化方案，车上温度控制接口箱还包括车上接线端子排，车上接线端子排的第1引脚和第2引脚连接供电电源，车上接线端子排的第3引脚和第4引脚连接热敏电阻传感器，电源开关与车上接线端子排的第1引脚连接。

作为本发明的优化方案，箱体包括箱体底座和箱体围框，CPU板、温度变送板和输入滤波器分别安装在箱体底座的底面板上，显示板安装在箱体底座的前面板上，电源开关、输入保险、自检按钮和车上接线端子排分别安装在箱体底座的后面板上，箱体底座和箱体围框组成一个密闭的空间。

作为本发明的优化方案，CPU板包含用于将110V的供电电源转换成5V和12V的电源模块，电源模块分别为CPU板、温度变送板和显示板供电。

作为本发明的优化方案，CPU板包含提高温度分辨率的温度线性度调节模块，温度变送板输出的电信号依次经过跟随器和放大电路处理后，通过可调电位器RP17、RP18和RP0进行线性度调节后输出给CPU板的A/D口。

作为本发明的优化方案，CPU板包含输入电源电压采样电路，输入电源电压采样电路包括DS1810芯片。

本发明具有积极的效果：1)本发明的车下温度传感器感温箱结构简单坚固，密封性优良，使用寿命长，拆装方便，能够适应动车车底的恶劣环境；

2)本发明电磁兼容良好，设置有输入滤波器和回路中的滤波器，温度信号采样和处理具有高可靠性的优点，车下温度传感器感温箱和车上温度控制接口箱采用了防护罩和箱体以及接线端子排设计有效的减少了电磁干扰；

3)本发明输入电源电压采样电路结构简单、经济可靠，用低成本小型器件替代昂贵的电压传感器，并且通过光耦实现高压信号和低压信号之间的有效隔离；

4)本发明具有故障显示功能，通过故障代码和故障指示灯，可以对故障进行精确定位并报警，方便产品维护人员对产品的迅速修复；

5)本发明具有自检功能，按下自检按钮，温度显示0℃左右时，系统工作正常；

6)本发明采用温度线性度调节模块，温度分辨率高，能够准确显示车外的环境温度。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明车下温度传感器感温箱的三维组装图；

图3是本发明车上温度控制接口箱的三维组装图；

图4是本发明一种车外温度采集系统的原理图；

图5是温度线性度调节模块的电路原理图；

图6是输入电源电压采样电路的过压原理图；

图7是输入电源电压采样电路的欠压原理图。

其中，1、车下温度传感器感温箱，2、车上温度控制接口箱，11、热敏电阻传感器，12、内弯板，13、外弯板，14、防护罩，15、接线端子排，16、盖板，21、箱体，22、CPU板，23、温度变送板，17、固定夹，18、密封垫板，19、密封圈，24、输入滤波器，25、电源开关，26、输入保险，27、显示板，28、自检按钮，29、车上接线端子排，211、箱体底座，212、箱体围框。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种车外温度采集系统，包括车下温度传感器感温箱1和车上温度控制接口箱2。如图2所示是本发明车下温度传感器感温箱1的三维组装图，车下温度传感器感温箱1包括热敏电阻传感器11、内弯板12、外弯板13、防护罩14、接线端子排15和盖板16，内弯板12通过外弯板13安装在防护罩14的后侧，热敏电阻传感器11设置于内弯板12的内部，热敏电阻传感器11安装在防护罩14的背面，接线端子排15安装在防护罩14的内部，盖板16密封安装在防护罩14的前侧。如图3是本发明车上温度控制接口箱的三维组装图，车上温度控制接口箱2包括箱体、CPU板22和温度变送板23，CPU板22和温度变送板23连接，CPU板22和温度变送板23均安装在箱体的内部。

如图2所示，热敏电阻传感器11通过固定夹17安装在防护罩14的背面。防护罩14的背面设置有孔，热敏电阻传感器11的信号线穿过孔连接在接线端子排15上，接线端子排15和盖板16之间设置有密封垫板18，盖板16上设置有安装孔，螺栓依次穿过密封圈19和盖板的安装孔将盖板16密封安装在防护罩14的前侧。内弯板12通过外弯板13上方的螺栓安装在防护罩14的后侧，从而对热敏电阻传感器11起到防护作用，防止动车组在高速运行中掀起的飞沙走石击坏热敏电阻传感器11，热敏电阻传感器11置于内弯板12的空间中，同时防护罩14上还设置有通风孔可以确保热敏电阻传感器11对外界温度的感应。接线端子排15安装在防护罩14的内部，将热敏电阻传感器11的信号线接在接线端子排15上；密封垫板18放入盖板16里，在盖板16的两个安装孔处放上密封圈19，将盖板16用两个螺栓固定在防护罩14的前侧，对已安装了接线端子排15的防护罩14的前侧腔体起到完全密封的作用。

如图3所示，车上温度控制接口箱2还包括输入滤波器24、电源开关25、输入保险26、显示板27和自检按钮28，供电电源与电源开关25连接，电源开关25与输入滤波器24连接，输入滤波器24与输入保险26连接，输入保险26与CPU板22连接，CPU板22与用于显示温度和故障的显示板27连接，热敏电阻传感器11的常闭触点与CPU板22连接。

车上温度控制接口箱2还包括车上接线端子排29，车上接线端子排29的第1引脚和第2引脚连接供电电源，车上接线端子排29的第3引脚和第4引脚连接热敏电阻传感器11，电源开关25与车上接线端子排29的第1引脚连接。

如图3所示，箱体包括箱体底座211和箱体围框212，CPU板22、温度变送板23和输入滤波器24分别安装在箱体底座211的底面板上，显示板27安装在箱体底座211的前面板上，电源开关25、输入保险26、自检按钮28和车上接线端子排29分别安装在箱体底座211的后面板上，箱体底座211和箱体围框212组成一个密闭的空间。另外车上温度控制接口箱2还包括两个指示灯和微调电位器，两个指示灯和微调电位器均安装在箱体底座211的前面板上。

CPU板22包含用于将110V的供电电源转换成5V和12V的电源模块，电源模块分别为CPU板22、温度变送板23和显示板27供电。其中，车上温度控制接口箱2的供电电压是直流110V，直流电压范围是77V至137.5V的供电电源都可以为该车上温度控制接口箱2提供电源。

如图4所示是一种车外温度采集系统的原理图，车上接线端子排29即图4中的XT1，电源开关25即图4中的QF1，输入滤波器24即图4中的Z1，输入保险26即图4中的FU1，自检按钮28即图4中的QF2，CPU板22即A1，显示板27即A2，温度变送板23即A3，热敏电阻传感器11即Rt，自检按钮28即QF2，温度变送板23即A3。供电电源DC110V接入XT1的1脚和2脚，依次通过QF1、Z1、FU1进入A1，在A1里，电源模块将DC110V转化成DC12V和DC5V，为A1、A2和A3提供低压控制电源；Rt接到XT1的3脚和4脚，通过QF2的常闭触点进入A1(QF2的常开触点接固定阻值，按下自检按钮28，系统将显示为0℃，表明系统工作正常)，Rt变化的阻值经过滤波电路处理后再转入A3，A3是将Rt的阻值变化信号转换成电信号，然后再将电信号输出到A1。

如图5所示为温度线性度调节模块的电路原理图，CPU板22包含提高温度分辨率的温度线性度调节模块，温度变送板23输出的电信号依次经过跟随器和放大电路处理后，通过可调电位器RP17、RP18和RP0进行线性度调节后输出给CPU板22的A/D口。其中，Rt在-50℃～+65℃温度范围内变化电阻值与转换后的电信号WAD之间的线性度很高，温度分辨率达到0.1℃，微调电位器起到温度显示误差调节作用；经过线性度调节后的电信号WAD进入CPU板22的A/D口，CPU板22内部将电信号WAD的模拟量转换成数字量，经过CPU板22内部程序处理，一路是发送到A2进行温度显示，另一路进行串行通信将温度信号传输到车辆信息控制装置，在每节车厢的显示屏进行温度显示。

系统有故障显示功能，当A2显示01H表示输入电源欠压，显示02H表示输入电源过压，显示03H表示温度超出-50℃～+65℃温度范围，显示04H表示热敏电阻传感器11故障；当系统发生故障时，两个指示灯LED1和LED2将会闪烁，LED1闪烁表示A2在报04H故障，LED2闪烁表示A2在报01H、02H和03H三个故障之一。

CPU板22包含输入电源电压采样电路，输入电源电压采样电路包括DS1810，DS1810的内部有固定阈值，通过DS1810的2脚与内部阈值比较来控制1脚的输出，2脚输出大于内部阈值，1脚输出为低电平，反之，1脚输出为高电平；如图6所示是输入电源电压采样电路的过压原理图，电源电压经过电阻R19、电位器RP20和二极管V2/光耦N3进行分压，将电位器RP20阻值调到最大，保持DS1810的1脚输出一直为低电平，当输入电源电压高于DC137.5V时，调接电位器RP20，使控制芯片N1的2脚电位低于内部的固定阈值，此时DS1810的1脚输出高电平，光耦N3工作，输出信号OV由低电平变成高电平，OV信号传输给CPU板22，系统停止工作，A2显示输入过压故障02H；如图7所示是输入电源电压采样电路的欠压原理图，电源电压经过电阻R22、电位器RP23和二极管V4/光耦N4进行分压，将电位器RP23阻值调到最小，保持DS1810的1脚输出一直为高电平，当输入电源电压低于DC77V时，调接电位器RP23，使DS1810的2脚电位高于内部的固定阈值，此时DS1810的1脚输出低电平，光耦N4停止工作，输出信号LV由高电平变成低电平，LV信号传输给CPU板22，系统停止工作，A2显示输入欠压故障01H。温度超限故障03H，当环境温度低于-50℃或高于+65℃时，CPU板22接收到的电信号WAD低于设定的最低值或超过设定的最高值时，CPU板22将发出温度超限故障03H；热敏电阻传感器11故障04H，表示传感器信号线短路或者断路的极端情况，CPU板22接收到的电信号WAD接近低位0V左右或者高位5V左右，A2显示传感器故障04H。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车外温度采集系统，包括车下温度传感器感温箱(1)和车上温度控制接口箱(2)，其特征在于：所述的车下温度传感器感温箱(1)包括热敏电阻传感器(11)、内弯板(12)、外弯板(13)、防护罩(14)、接线端子排(15)和盖板(16)，所述的内弯板(12)通过外弯板(13)安装在防护罩(14)的后侧，所述的热敏电阻传感器(11)设置于内弯板(12)的内部，所述的热敏电阻传感器(11)安装在防护罩(14)的背面，所述的接线端子排(15)安装在防护罩(14)的内部，所述的盖板(16)密封安装在防护罩(14)的前侧；所述的车上温度控制接口箱(2)包括箱体、CPU板(22)和温度变送板(23)，所述的CPU板(22)和温度变送板(23)连接，所述的CPU板(22)和温度变送板(23)均安装在箱体的内部；所述的车上温度控制接口箱(2)还包括输入滤波器(24)、电源开关(25)、输入保险(26)、显示板(27)和自检按钮(28)，供电电源与电源开关(25)连接，电源开关(25)与输入滤波器(24)连接，输入滤波器(24)与输入保险(26)连接，输入保险(26)与CPU板(22)连接，所述CPU板(22)与用于显示温度和故障的显示板(27)连接，热敏电阻传感器(11)的常闭触点与CPU板(22)连接；所述的车上温度控制接口箱(2)还包括车上接线端子排(29)，车上接线端子排(29)的第1引脚和第2引脚连接供电电源，车上接线端子排(29)的第3引脚和第4引脚连接热敏电阻传感器(11)，所述的电源开关(25)与车上接线端子排(29)的第1引脚连接；所述的箱体包括箱体底座(211)和箱体围框(212)，所述的CPU板(22)、温度变送板(23)和输入滤波器(24)分别安装在箱体底座(211)的底面板上，所述的显示板(27)安装在箱体底座(211)的前面板上，所述的电源开关(25)、输入保险(26)、自检按钮(28)和车上接线端子排(29)分别安装在箱体底座(211)的后面板上，所述的箱体底座(211)和箱体围框(212)组成一个密闭的空间；所述的CPU板(22)包含用于将110V的供电电源转换成5V和12V的电源模块，所述的电源模块分别为CPU板(22)、温度变送板(23)和显示板(27)供电；所述的CPU板(22)包含提高温度分辨率的温度线性度调节模块，所述的温度线性度调节模块包括跟随器、放大电路、可调电位器RP17、RP18和RP0，温度变送板(23)输出的电信号依次通过跟随器和放大电路进行处理，经跟随器和放大电路进行处理后的电信号通过可调电位器RP17、RP18和RP0进行线性度调节然后输出给CPU板(22)的A/D口；所述的CPU板(22)包含输入电源电压采样电路，所述的输入电源电压采样电路包括DS1810芯片。

2.根据权利要求1所述的一种车外温度采集系统，其特征在于：所述的热敏电阻传感器(11)通过固定夹(17)安装在防护罩(14)的背面。

3.根据权利要求2所述的一种车外温度采集系统，其特征在于：防护罩(14)的背面设置有孔，热敏电阻传感器(11)的信号线穿过孔连接在接线端子排(15)上。

4.根据权利要求2所述的一种车外温度采集系统，其特征在于：所述的接线端子排(15)和盖板(16)之间设置有密封垫板(18)，所述的盖板(16)上设置有安装孔，螺栓依次穿过密封圈(19)和盖板的安装孔将盖板(16)密封安装在防护罩(14)的前侧。